Устройство, в котором происходит управляемая цепная реакция деления ядер, называется ядерным реактором. В качестве делящегося вещества (ядерного топлива) применяют уран и плутоний (получаемый искусственно радиоактивный элемент с порядковым номером ).

Ядерные реакторы используются для выработки энергии, для получения искусственных радиоактивных изотопов (в том числе трансурановых элементов, т. е. элементов с ) В как источники мощных пучков нейтронов. Рассмотрим эти применения.

1. Получение энергии. Осколки деления тормозятся в уране на очень малом пути (менее ). Ввиду этого почти вся энергия, освобождаемая в реакторе, выделяется в виде тепла в массе урана. Это тепло можно использовать, например, для нагревания и испарения жидкости, омывающей уран, и затем через посредство турбины или другой тепловой машины превратить его в механическую и далее в электрическую энергию (рис. 409). Первая в мире атомная электростанция, основанная на таком принципе, была осуществлена в Советском Союзе в 1954г. (рис. 410). Чертеж реактора этой электростанции приведен на рис. 411. Главной частью реактора являются «топливные» элементы с ураном, помещенные в графитовый замедлитель. «Топливные» элементы представляют собой две тонкостенные трубки из нержавеющей стали, вставленные одна в другую. В полость между трубками герметически заделывается уран, а внутренняя полость образует канал для протекания воды, отбирающей тепло, выделяющееся в уране при работе реактора. Герметическая закупорка урана необходима ввиду его химической нестойкости, а также для предохранения от утечки вредных радиоактивных газов, образующихся в качестве продуктов деления. Для облегчения развития цепной реакции «топливные» элементы изготовлены из урана, искусственно обогащенного легко делящимся изотопом (в применяемом обогащенном уране содержится ) против 0,7% в природном уране).

Рис. 409. Принципиальная схема атомной электростанции. Урановые стержни реактора омываются теплоносителем (газом, полой или расплавленным металлом). который отбирает тепло, выделяющееся в стержнях, и в теплообменнике передает его воде, образующей пар. Пар, как и на обычной электростанции, приводит в движение паровую турбину и соединенный с ней электрогенератор. В другом варианте, который также находит применение, пар образуется непосредственно в реакторе, а теплообменник отсутствует

Рис. 410. Общий вид атомной электростанции (1954 г.): 1 - реактор. 2 - подъемный кран для замены «выгоревших» урановых стержней, 3, 4 - насос с электродвигателем, обеспечивающих циркуляцию воды через реактор, 5 - теплообменник, 6 - помещение управления реактором (пульт управления), 7- щит с приборами, сигнализирующими о появлении недопустимой радиоактивности в различных помещениях станции

Действие уранового реактора сопровождается интенсивной радиоактивностью. Для защиты людей от радиоактивных излучений и от нейтронов, которые в больших дозах также вредны для здоровья, реактор окружается толстостенной защитой из бетона и других материалов (рис. 411, 412).

Рис. 411. Реактор первой советской атомной электростанции: 1 - графитовая кладка реактора, заключенная в герметическую стальную оболочку; штриховыми линиями очерчена активная зона реактора, в которой расположен уран; остальной графит служит отражателем нейтронов; 2 - верхняя плита (чугун), 3 - один из 128 рабочих каналов, в которых помешаются урановые стержни и протекает охлаждающая вода (давление 100 атм); 4 - канал для перемещения регулирующего стержня, содержащего поглотитель нейтронов (бор); регулирующие стержни служат для регулировки мощности реактора и прекращения реакции; 5 - ионизационная камера для измерения интенсивности реакции в реакторе, 6 - водяная защита, задерживающая нейтроны, 7,8 - подвод и отвод воды из реактора, 9 - верхняя защитная крышка (чугун), 10 - бетонная защита (в основном от -излучения)

Рис. 412. Верхняя часть реактора без крышки. Видны моторы передвижения регулирующих стержней. Ниже – трубки для подвода воды к рабочим каналам

Как источник энергии ядерный реактор замечателен малым расходом топлива. Деление 1г по теплообразованию равноценно сжиганию нескольких тонн каменного угля. Это делает особенно перспективным применение реакторов в пунктах, удаленных от залежей угля и нефти, а также на транспорте - на кораблях, подводных лодках, самолетах. В СССР сооружен ряд крупных атомных теплоэлектростанций, построено несколько ледоколов с атомными двигателями, имеются атомные подводные лодки.

Ядерная энергетика имеет огромное значение для будущего. Подсчитано, что при современных темпах роста мирового потребления энергии человечество уже через 50 лет может столкнуться с острой нехваткой угля и нефти. Использование урана спасает положение, так как запас энергии в земных ресурсах урана в 10-20 раз превышает запас энергии в залежах ископаемых органических топлив. Проблема источников энергии получит окончательное решение, когда будет разработана управляемая термоядерная реакция (см. §228).

2. Трансурановые элементы. При облучении урана нейтронами изотоп превращается в . Последний неустойчив; испытывая -распад, он образует изотоп элемента 93 - нептуния (). В свою очередь испытывает -распад и в короткое время (период полураспада 2,35 дня) превращается в изотоп элемента 94 - плутония (). Плутоний-239 также неустойчив, но распадается очень медленно (период полураспада 24 000 лет). Поэтому он может накапливаться в больших количествах. Подобно урану-235, плутоннй-239 является хорошим «ядерным горючим», пригодным для устройства ядерных реакторов, а также атомных бомб. Для получения плутония используют реакторы из природного урана с замедлителем. В этих реакторах значительная доля нейтронов поглощается в уране-238, образуя в конце концов плутоний. Накопившийся в уране плутоний может быть выделен химическими методами. Другим искусственным ядерным горючим является изотоп урана с периодом полураспада 162 000 лет, которого в природном уране нет, образуется, аналогично плутонию, в результате облучения нейтронами тория. Таким образом, трудно делящиеся вещества - и торий - могут быть переработаны в ценное ядерное горючее. Эта возможность очень существенна, так как и тория на Земле во много раз больше, чем . Нептуний и плутоний являются представителями трансурановых элементов, расположенных в таблице Менделеева за ураном.

Вслед за плутонием был получен еще ряд трансурановых элементов вплоть до элемента 107. В природе трансурановые элементы не обнаружены: они все радиоактивны и по сравнению с геологическим возрастом Земли короткоживущий.

3. Получение радиоактивных веществ. В действующем реакторе имеют место интенсивные потоки нейтронов, образующихся при реакции деления. Облучал вещества нейтронами внутри реактора, получают различные искусственно-радиоактивные изотопы (ср. реакцию (222.1)). Другим источником радиоактивности в реакторе являются осколки деления урана, большинство которых неустойчиво.

Искусственно-радиоактивные элементы находят много применений в науке и технике. Вещества, испускающие -излучение, используются вместо более дорогого радия для просвечивания толстых металлических предметов, для лечения рака и т. д. Свойство больших доз -излучения убивать живые клетки микроорганизма используется при консервировании продуктов питания. Радиоактивные излучения начинают использоваться в химической промышленности, так как они способствуют протеканию многих важных химических реакций. Особенно интересен так называемый метод меченых атомов. Этот метод использует тот факт, что по химическим и многим физическим свойствам радиоактивный изотоп неотличим от устойчивых изотопов того же элемента. В то же время радиоактивный изотоп легко может быть опознан по своему излучению (с помощью, например, газоразрядного счетчика). Добавляя к исследуемому элементу радиоактивный изотоп и улавливая в дальнейшем его излучение, мы можем проследить путь этого элемента в организме, в химической реакции, при плавке металла и т. д.

Значение ядерной энергии. Прошло немного лет со времени открытия способа использования ядерной энергии в земных условиях. Открытие это уже дало свои первые плоды. Несомненно, дальнейшее развитие способов получения и использования ядерной энергии создаст новые невиданные возможности для науки, техники, промышленности. Масштаб этих возможностей на нынешнем этапе трудно еще полностью представить. Освобождение ядерной энергии означает колоссальное расширение власти человека над природой при условии, однако, что ядерная энергия будет использована для мирных целей. Советский Союз, обладая атомными и водородными бомбами, борется за использование атомной энергии только для мирных целей, за запрещение атомного и водородного оружия и других средств массового уничтожения людей.

Отметим еще, что создание ядерных реакторов - это один из наиболее значительных плодов науки о внутреннем строении вещества. Излучение невидимых, неосязаемых атомов и атомных ядер привело к вполне осязаемому и зримому практическому результату - освобождению и использованию ядерной энергии, скрытой в уране. Этот успех самым убедительным образом доказывает, что наши научные представления об атоме и атомном ядре являются истинными, т. е. в основном правильно отражают объективную действительность природы.

36. Зашипите символически следующие ядерные реакции: а) соударение двух дейтронов между собой, в результате которого образуются две частицы, более легкая из которых - протон; б) то же, но более легкая частица - нейтрон (символ , масса равна единице, заряд равен нулю); в) соударение протона с ядром изотопа лития с массой 7 с образованием двух -частиц; г) соударение дейтрона с ядром алюминия с образованием в результате нового ядра и протона.

37. Почему -частицы, испускаемые радиоактивными препаратами, не могут вызывать ядерных реакций в тяжелых элементах, хотя они вызывают их в легких?

38. Азот облучался в течение 1ч пучком -частиц, ускоренных в циклотроне. Найдите количество образовавшегося , если ток в пучке равен и если ядерную реакцию (218.1) вызывает одна -частица из каждых 100 000 частиц в пучке.

39. Запишите следующие ядерные реакции: а) расщепление -квантом дейтрона на протон и нейтрон; б) захват нейтрона протоном с испусканием -кванта; в) расщепление -квантом ядра с образованием двух -частиц: г) захват нейтрона ядром изотопа азота с массой 14 с испусканием протона; д) соударение ядра бериллия с дейтроном с испусканием нейтрона.

40. Пучок быстрых нейтронов пересекает железную пластинку толщиной . Найдите долю нейтронов, испытывающих соударение с ядром железа, если радиус последнего . Указание. Искомая величина равна доле поверхности пластинки, перекрытой ядрами.

41. Применив к упругому удару шаров законы сохранения энергии и импульса, вычислите долю энергии, которую теряет нейтрон при лобовом соударении с покоящимся ядром массы А а.е.м. Вычислите максимальную потерю энергии нейтроном при соударении с протоном, ядром углерода и ядром свинца.

42. При столкновении с протоном нейтрон теряет ту или иную долю своей энергии в зависимости от характера столкновения (лобовое, боковое). В среднем в результате одного соударения с покоящимся протоном энергия нейтрона уменьшается вдвое. Найдите среднюю энергию нейтрона после соударений с протонами.

43. Найдите среднее число соударений с протонами, необходимое для уменьшения энергии нейтрона от до (см. упражнение 42).

44. Три одинаковые пластинки серебра облучались нейтронами при одинаковых условиях, но продолжительность облучения была разной: , , . Измерения активности периодом полураспада 2,3 мин показали, что активность второй пластинки в несколько раз больше активности первой, а активность третьей пластинки равна активности второй. Объясните этот результат.

45. В камере Вильсона, перегороженной твердой пластинкой, замечен след частицы, пересекающей пластинку (рис. 413). В какую сторону движется частица? Каков знак ее заряда, если силовые линии магнитного поля направлены на нас.

Рис. 413. К упражнению 45. След заряженной частицы в камере Вильсона. Частица пересекла пластинку П. Камера помещалась в магнитом поле, линии которого направлены на нас.

46. Почему радиоактивные вещества, получаемые бомбардировкой устойчивых ядер -частицами, испытывают электронный распад, если в исходной реакции выделяются протоны, и позитронный распад, если в исходной реакции выделяются нейтроны?

47. Определите минимальную энергию -квантов, необходимую для расщепления ядер бериллия и углерода по реакциям

Значения масс участвующих в реакциях частиц см. в таблице на с. 560.

48. Ядро , испуская -частицу с энергией , превращается в ядро . Определите массу атома , если масса атома равна 238,1249 а.е.м. Масса атома приведена на с. 560.

49. Наилучшая точность, с которой измерена масса атома или молекулы, составляет одну миллионную долю а.е.м. (0,000001 а.е.м.). Можно ли при этих условиях использовать закон Эйнштейна для расчета выделения энергии при химических реакциях по измеренным значениям масс участвующих в реакции частиц (выделение энергии при химических реакциях не превышает )?

50. Какие частицы - позитроны или электроны - будут испускать осколки деления если одним из них является ? (Природный барий состоит из изотопов с массами от 130 до 138 а.е.м., природный криптон состоит из изотопов с массами от 78 до 86 а.е.м.)

51. Найдите мощность реактора, в котором делится 1г в сутки. Полное выделение энергии при делении одного ядра принять равным .

52. Кинетическая энергия осколков деления составляет ; энергия нейтронов деления - ; энергия -излучения - .

Какая приблизительно доля энергии, освобождаемой в реакторе, состоящем из замедлителя и тонких стержней урана, выделяется в уране и какая в замедлителе?

53. В каком случае критическая масса урана в реакторе меньше: когда реактор граничит с воздухом или когда он окружен плотным веществом, слабо поглощающим нейтроны?

54. Из числа вторичных нейтронов, испускаемых при делении урана в реакторе, одна часть гибнет, не вызвав новых делений (вылетает за пределы реактора или захватывается ядрами материалов реактора), другая часть вызывает новые деления ядер урана. Число новых делений, производимых вторичными нейтронами, испущенными при делении одного ядра урана, называется коэффициентом размножения реактора (). Коэффициент размножения показывает, во сколько раз возрастает число делений за время жизни одного поколения нейтронов. до Вт.

57. По нефтепроводу качают бензин, а вслед за ним нефть. Предложите способ, как определить момент, когда через данное сечение трубопровода проходит граница раздела бензина и нефти. Пробу из трубопровода не брать

А так ли хорошо знакомы вам атом и атомное ядро? // Квант. - 1993. - № 9. - С. 48-49.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Эти первоначальные частицы... несравнимо тверже, чем
всякое твердое тело, составленное из них, настолько тверже,
что они никогда не изнашиваются и не разбиваются на куски.
И.Ньютон

Рассеяние назад... невозможно получить..., если не считать, что
основная часть массы атома сконцентрирована в небольшом ядре. Именно тогда у меня
возникла идея атома с крохотным тяжелым центром, несущим заряд.
Э.Резерфорд

Наверное, справедливо полагать, что идея атомарного строения вещества возникла из давнего стремления человека как-то упорядочить окружающий его мир. Поиски вечной и неизменной материи, из элементов которой состоят все тела, начались в глубокой древности, продолжались столетиями, не прекращаются и сегодня. Окончательного ответа нет до сих пор, но какие находки обнаружились на этом пути! Сложное строение атома, ядро которого, в свою очередь, оказалось составным, причем из таких частиц, которые сами по себе, вне ядра, не способны существовать продолжительное время. Радиоактивность, взаимопревращаемость частиц, цепные и термоядерные реакции...

Несколько последних десятилетий ознаменовались потоком открытий, радикально изменивших взгляды ученых на строение материи и поставивших массу новых проблем. Принципиально преобразился физический эксперимент, осуществление которого зачастую требует усилий сотен и тысяч людей. Необыкновенно разнообразными оказались практические приложения методов атомной и ядерной физики.

Маленькая мозаика сегодняшнего «Калейдоскопа» лишь очерчивает контуры огромного мира, скрытого в мельчайших частицах материи.

Вопросы и задачи

  1. Сколько квантов с различной энергией может испустить атом водорода, если его электрон находится на третьем энергетическом уровне?
  2. Каким образом в электронной оболочке атома проявляется стремление к минимуму потенциальной энергии?
  3. Имеется ли связь между частотой обращения электрона вокруг ядра атома водорода и частотой его излучения?
  4. Бомбардируя атомы бора \(_{5}^{11}B\) быстрыми протонами, в камере Вильсона получили три почти одинаковых следа частиц, направленных в разные стороны. Какие это частицы?
  5. Почему не все виды радиоактивности сопровождаются изменением химических свойств вещества?
  6. В каких случаях активность радиоактивного препарата можно считать постоянной величиной?
  7. Что продолжительнее - три периода полураспада или два средних времени жизни ядер одного и того же радиоактивного элемента?
  8. Альфа-частицы, испускаемые радиоактивным веществом, могут иметь только дискретные значения энергии. Какой отсюда можно сделать вывод о возможных значениях энергии атомного ядра?
  9. Почему альфа-частицы, испускаемые радиоактивными препаратами, не могут вызвать ядерных реакций в тяжелых элементах?
  10. Отчего при альфа-распаде одинаковых ядер энергии альфа-частиц одинаковы, а при бета-распаде одинаковых ядер энергии бета- частиц различны?
  11. На рисунке приведен фотоснимок, сделанный в камере Вильсона в момент расщепления ядра азота нейтроном с вылетом альфа-частицы. Чему принадлежат тонкий и толстый треки, видимые на фотографии?
  12. Если нуклоны способны притягиваться друг к другу, то почему же все ядра до сих пор не слились в одно гигантское ядро?
  13. Почему вещества, занимающие места в середине и конце таблицы Менделеева, не применяются в качестве замедлителей нейтронов?
  14. Масса покоя атомного ядро всегда меньше суммы масс покоя нуклонов, из которых оно образовалось. Можно ли на этом основании считать, что при образовании ядра нарушается закон сохранения массы?

    15. Микроопыт

    Накалите, например на газовой горелке, железный гвоздь до «белого коления». Удастся ли вам так же накалить кусок стекла?

    Любопытно, что...

    Фалес Милетский, родоначальник античной философии и науки, возводил все многообразие явлений и вещей к единой первостихии - воде. Анаксимен, представитель той же милетской школы, первоначалом всего считал воздух, из сгущения и разрежения которого возникают все вещи. Современник Фалеса Гераклит Эфесский же отдавал предпочтение огню, который есть также душа и разум.

    Планетарную модель атома, названную после опытов Резерфорда его именем, теоретически разработал еще в 1901 году французский физик Перрен, прославившийся экспериментальным исследованием броуновского движения. Статья Перрена так и называлась: «Ядерно-планетарное строение атома».

    Еще в 1815 году эдинбургский медик Уильям Проут высказал гипотезу о том, что все химические элементы состоят из атомов водорода. А в 1911 году Резерфорд не удержался от предположения, что атомные ядра состоят из альфа-частиц.

    Резерфорд считал, что величина заряда ядра пропорциональна атомному весу элемента. Верную же идею о пропорциональности заряда номеру элемента в периодической таблице выдвинул голландский физик-любитель Ван дер Брук. Резерфорд отнесся к этому скептически: «...забавный домысел, не имеющий под собой достаточного обоснования».

    Если бы Энрико Ферми удалось полностью объяснить результаты своих опытов по искусственной радиоактивности, вызванной нейтронами, то весь мир уже в 1934 году узнал бы о возможности создания атомной бомбы. В то время был еще жив Резерфорд, категорически отрицавший использование ядерных реакций для практических целей.

    Ядерно-физические методы успешно используются в криминалистике, позволяя исследовать вещества массой менее 10 –10 грамма, например для идентификации людей по крохотным остаткам их волос.

    Для внутреннего обогрева «Лунохода» при его многомесячной работе на поверхности Луны на нем был установлен тепловой блок, состоящий из герметичных ампул с радиоактивными веществами.

    Естественная радиоактивность мужчин и женщин различна - из-за разного содержания в их организмах радиоактивного изотопа калия-40.

    Что читать в «Кванте» об атоме и ядре

    (публикации последних лет)

    1. «Капельная модель ядра» - 1986, № 5, с. 23;
    2. «Атомная физика в задачах» - 1986, № 12, с. 43;
    3. «Ядерные спектры» - 1987, №3, с. 42;
    4. «Супервытянутые ядра» - 1988, № 11-12, с. 32;
    5. «Альфа-частицы и опыты Резерфорда» - 1989, №3, с. 49;
    6. «Нейтроны ищут убийцу» - 1989, № 5, с. 44;
    7. «За пределы таблицы» - 1991, № 1, с. 38;
    8. «Недостающие «элементы» - 1991, № 5, с. 43;
    9. «Физика против мошенников» - 1991, № 8, с. 7;
    10. «Нейтрон и ядерная энергия» - 1992, № 8, с. 2.

    Ответы

    1. При испускании фотона возбужденным атомом потенциальная энергия атома уменьшается.
    2. Альфа-частицы: \(_{5}^{11}B + _{1}^{1}p = 3_{2}^{4}He\)
    3. Химические свойства вещества предопределяет заряд ядра. А при гамма-излучении, например, заряд ядра не изменяется.
    4. Когда время наблюдения мало по сравнению с периодом полураспада препарата.
    5. Три периода полураспада.
    6. Энергия ядра может принимать только дискретные значения.
    7. Энергии частицы недостаточно, чтобы преодолеть силу отталкивания ядра тяжелого элемента.
    8. При бета-распадах кроме электронов вылетают еще и нейтрино, уносящие часть энергии, причем энергия эта может изменяться в очень широких пределах.
    9. Частицы с большим зарядом оставляют трек большей толщины. В нашем случае тонкий след образует альфа-частица, а жирный - ядро полученного в реакции бора.
    10. Уже у первых трансурановых элементов действие кулоновских сил отталкивания протонов приводит к неустойчивости ядер.
    11. При столкновении нейтрона с атомом последнему передается тем больше энергии, чем меньше его масса.
    12. Нет, нельзя. Недостающую массу уносят излучаемые при образовании ядра γ-кванты.

    Микроопыт

    В металлах валентные электроны легко переходят в возбужденное состояние, поглощая тепловую энергию, и так же легко возвращаются в нормальное, отдавая энергию в виде света. В стекле все электроны прочно связаны с ядрами атомов и с большим трудом меняют свое энергетическое состояние. Чтобы получить заметное свечение стекла, нужна значительно более высокая температура.

    Материал подготовил А.Леонович

В индивидуальном задании выполняется шесть заданий, номера которых оп­ределяются в соответствии с последовательностью букв в фамилии студента по таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Варианты заданий

алфавита

Номер задания

Первое задание выбирается согласно первой букве фамилии, второе- по второй букве и т.д. Например, фамилия студента Чимковский. В данном слу­чае первым выбирается задание № 4. вторым - № 19, третьим - № 23, четвертым - № 31, пятым - № 45, шестым - № 53.

Если фамилия студента состоит менее чем из шести букв, то недостающее их количество дополняется повторным ее использованием.

При выполнении индивидуального задания необходимо выполнить следую­щие условия:

Номера выполняемых заданий должны соответствовать условиям их выбора и должны быть указаны на первом листе;

Выполнение заданий предусматривает использование рекомендованной литературы, однако возможно привлечение и иной специальной литера­туры, имеющейся в вашем распоряжении;

Страницы индивидуального задания должны быть пронумерованы, по ходу расчетов и ответов необходимо делать соответствующие пояснения.

    Допишите ядерные реакции:

2. Какое ядро образуется в результате: альфа-распада изотопа урана ; электронного бета-распада изотопа водорода

3. Какое ядро образуется в результате: альфа-распада изотопа азота ; позитронного бета-распада изотопа меди ?

5. Написать реакции альфа-распада урана и бета-распада свинца

6. Допишите ядерные реакции:

7. При облучении изотопа меди протонами реакция может идти несколькими путями: с выделением одного нейтрона; с выделением двух нейтронов; с выделением протона и нейтрона. Ядра каких элементов образу­ются в каждом случае? Запишите реакции распада.

8. Радиоактивный марганец получают двумя путями. Первый путь состоит в облучении изотопа железа дейтронами, второй - в облучении изотопа железа нейтронами. Написать ядерные реакции.

9. При бомбардировке железа нейтронами образуется бета-радиоактивный изотоп марганца с атомной массой 56. Написать реакцию по­лучения искусственно радиоактивного марганца и реакцию происходящего с ним последующего бета-распада.

10. При бомбардировке изотопа бора альфа-частицами образуется

изотоп азота Какая при этом выбрасывается частица? Изотоп азота

является радиоактивным, дающим позитронный распад с излучением ней­трино. Написать реакции.

11. Сколько атомов полония распадается за сутки из 10 6 атомов, если период полураспада его равен 138 суткам?

12. Период полураспада изотопа стронция составляет 51 сутки. Сколько ядер изотопа испытает распад за 102 суток, если начальное число радиоактивных ядер 10 9 ?

13. Сколько радиоактивных ядер изотопа массой m =10 -4 кг останет­ся в образце через 7 суток?

14. Лучше всего нейтронное излучение ослабляет вода (в 4 раза лучше бетона и в 3 раза лучше свинца). Толщина слоя половинного ослабления ней­тронного излучения для воды равна 3 см. Во сколько раз ослабит нейтронное излучение слой воды толщиной 30 см?

15. Гамма-излучение лучше всего поглощает свинец (в 1,5 раза лучше стальной брони и в 22 раза лучше воды). Толщина слоя половинного ослаб­ления гамма-излучения для свинца равна 2 см. Какой толщины нужен слой свинца, чтобы ослабить гамма-излучение в 128 раз?

16.Масса препарата равна 65 мг. Определить его активность.

17. Какая часть первоначально выпавшего в результате аварии на ЧАЭС йода распалась в первые два месяца после аварии?

18. Вычислить толщину слоя воды, при котором интенсивность гамма-лучей уменьшится в 4 раза. Линейный коэффициент ослабления для воды принять равным 0,047 см -1 .

19. Из каждого миллиона атомов некоего радиоактивного изотопа еже­секундно распадается 200 атомов. Определить период полураспада изотопа.

20. Активность радиоактивного элемента уменьшилась в 4 раза за 8 су­ток. Найдите период полураспада элемента.

21. Для обнаружения места течи в трубопроводах, зарытых глубоко а землю, в транспортируемую жидкость добавляют радиоактивные вещества. Как, используя счетчик Гейгера, определить место течи?

22.Почему нейтроны являются более эффективными снарядами при бомбардировке ядер, чем заряженные частицы, испускаемые радиоактивны­ми элементами?

23. Существует ли предел мощности ядерного и термоядерного взры­вов? Ответ поясните.

24. В чем различие процессов деления ядер урана в реакторе и атомной бомбе?

25. Чем объясняется, что счетчик Гейгера регистрирует возникновение ионизированных частиц и тогда, когда поблизости от него нет радиоактивно­го препарата?

26.Почему радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцо­вых контейнерах?

27.Где больше длина пробега альфа-частицы: у поверхности Земли или в верхних слоях атмосферы?

28.Какая доля радиоактивных ядер распадается за время, равное поло­вине периода полураспада?

29.Изменяются ли местное число, масса и порядковый номер элемента при испускании ядром гамма-кванта?

30.Почему альфа-частицы, испускаемые радиоактивными препаратами, не могут вызывать ядерных реакций в тяжелых элементах, хотя они вызыва­ют их в легких?

31.На спектрометре со средней ошибкой определения 20% при опреде­лении объемной активности молока объемом пробы 500 мл зафиксировано 500 импульсов за 100 с измерения. Определить объемную активность молока и соответствие его нормативам РДУ-99.

32. Эквивалентная доза внешнего гамма-излучения, получаемая человеком от проживания в некотором населенном пункте, составляет 0,1 бэр/год. Определить мощность экспозиционной дозы, обусловленную гамма-излучением радионуклидов в почве. Относительное время пребывания чело­века на открытой местности принять равным 0,3.

33. Используя значения мощности экспозиционной дозы, обусловлен­ной гамма-излучением радионуклидов, находящихся в почве, 60 мкР/ч и от­носительного времени пребывания человека на открытой местности 0,25, оп­ределить эквивалентную дозу внешнего облучения человека за год.

34. Мощность эквивалентной дозы на рабочем месте персонала состав­ляет 5x10 -9 Зв/с. В течение года работа проводится 1600 часов. Требуется ли для персонала специальная защита?

35. По нормам радиационной безопасности (НРБ-2000) предельно до­пустимая доза облучения для персонала составляет 50 мЗв/год. В тече­нии года человек работает 1700 часов. Рассчитать предельно допустимую мощность эквивалентной дозы (в Зв/с) на рабочем месте.

36 При рентгеновском обследовании грудной клетки средние эквивалентные дозы облучения органов и тканей пациента представлены в таблице, приведенной в задаче 49. Определить эффективную эквивалентную дозу, получаемую пациентом при данном виде обследования.

37 В организм человека одноразово поступило 3x10 -13 кг изотопа , из которого десятая часть перешла в щитовидную железу. Масса щитовидной железы 25 г, поглощенная энергия на один распад 0,25 МэВ/расп., период полураспада 5,25 суток. Определить эквивалентную дозу облучения щито­видной железы за 8 последующих суток.

38 В организм человека одноразово поступило 3x10 -15 кг изотопа
из которого десятая часть перешла в щитовидную железу. Масса щитовидной железы 20 г, поглощенная энергия на один распад 0,25 МэВ/расп., период полураспада 29 лет. Определить эквивалентную дозу облучения щито­видной железы за 15 последующих суток.

39 Мощность эквивалентной дозы на рабочем месте равна 10 -10 Зв/с. Человек работает в сутки 6 часов. Требуется ли создание специальной заши­ты?

40 Средняя поглощенная доза излучения сотрудником, работающим с рентгеновской установкой, равна 7 мкГр/ч. Опасна ли работа сотрудника в течение 200 дней в году по 6 часов в день, если предельно допустимая доза облучения равна 50 мГр/год?

41 Мощность дозы гамма-излучения радиоактивных изотопов в зоне аварии на атомной электростанции 20 рад/ч. Сколько часов может работать в этой зоне человек, если допустимой дозой облучения в аварийной обстановке принята доза 25 рад?

42 Активность препарата цезия равна 15 Кu. Определить его массу.

43 Какая часть первоначального количества выпавшего в ре­зультате катастрофы на ЧАЭС стронция распалась за прошедшее время (25 лет), если период его полураспада равен 29,1 года?

44 Вычислить толщину слоя половинного ослабления гамма-излучения для воды, если линейный коэффициент ослабления равен 0,047 см -1 .

45 При определении радионуклида, которым загрязнена окру­жающая местность, использовался обычный счетчик импульсов индивиду­ального пользования. Первоначально его среднее показание было 390 имп./мин, а спустя 10 суток - 201 имп./мин. Рассчитать период полураспада радионуклида и определить его.

46 На гамма-радиометре с эффективностью регистрации 20% при измерении объемной активности молока объемом 357 мл в течение 100 с зарегистрировано 650 импульсов. Чему равна объемная активность молока? Пригодно ли оно для употребления в пищу?

47 Мощность экспозиционной дозы, обусловленной гамма излучением радионуклидов в почве, в некотором населенном пункте составляет 60 мкР/ч. Найти эквивалентную дозу внешнего гамма-излучения, получаемую жителем этого населенного пункта в течение года за время его нахождения вне жилья, принимая относительное время пребывания человека на открытой местности равным 0,2.

48 В организм человека одноразово поступило 5x10 -13 кг радионуклида йод-131 Определить эквивалентную дозу щитовидной железе человека за 10 дней. Массу щитовидной железы принять равной 25 г, поглощенную энергию на один распад - 0,19 МэВ/расп., период полураспада – 8,04 суток Считать, что в щитовидную железу перешло 0,35 от всего количества поступившего в организм йода-131.

49 Ниже в таблице приведены средние эквивалентные дозы облучения органов и тканей пациента при рентгенологическом обследовании грудной клетки. Определить эффективную эквивалентную дозу, полученную пациентом при обследовании.

50 Требуется ли создание специальной защиты, если на рабочем месте персонала от источника ионизирующих излучений мощность эквивалентной дозы составляет Зв/с? Доза облучения распределена по году равномерно. В течение года работа проводится 2800 часов.

51 Естественные радионуклиды земного происхождения. Воздействие калия-40 и радона на человека.

52 Искусственные источники ионизирующих излучений. Радиацион­ный фон.

53 Радиочувствительность органов и систем человека, их реакция на облучение.

54 Внутреннее и внешнее облучение, способы защиты от него. Воз­можности животного и растительного мира противостоять облучению.

55 Особенности вертикальной и горизонтальной миграции радионук­лидов.

56 Способы снижения содержания радиоактивных веществ в продуктах питания животного происхождения

57 Способы снижения содержания радиоактивных веществ в продуктах питания растительного происхождения.

58 Дезактивация территории, объектов, техники, продуктов питания.

59 Естественное и ускоренное выведение радионуклидов из организма. Биологический период полувыведения.

60 Санитарно-гигиенические мероприятия при проживании и ведении приусадебного сельскохозяйственного производства в условиях радиоактив­ного загрязнения территории.